Способ обработки торфа при производстве прессованных субстратов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 19) ( ) 1728 А О НИ ЗОБР Т ВТОР ится к производству ных сред на торфяторфяных питателькоторые могут быть ащивания рассады цветочных культур, ных пород. н- Я й, (р ой еяИзвестен сп стае брикето , предусмат одного торфа во ни й ко ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР у свидетельств(71) Всесоюзный научно-исследовательский институт торфяной промышленности (72) А.А.локочинский и Ф.М.Морозов (53) 622,331 (088,8)(54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ ТОРФА ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ПРЕССОВАННЫХ СУБСТРАТОВ(57) Изобретение относится к производству прессованных питательных сред на торфяной основе, используемых для выращивания рассады сельскохозяйственных и лесных культур, Цель - интенсификация процесса сушки исходного материала и повышение качества готового продукта, Вер. ховой фрезерный торф низкой степени Изобретение относ прессованных питател ной основе, в частности ных брикетов и грунтов использованы для вы сельскохозяйственных а также сеянцев древе об обработки при произдля выращивания растеивающий измельчение с последующей его суш 5 С 10 Р 7/06; А 01 С 9/10 разложения (до 15 О/,) сепарируют от посторонних включений и измельчаютдосредневзвешенного размера частиц 0,5-2;5 мм, После этого его обрабатывают импульсным электрическим полем с градиентом напряжения 200-250 В/см и продолжительностью следования импульсов 2-4 мин, Сушку торфа ведут в псевдоожиженном слое при концентрации торфа в газовэ веси 0,08-0,12 кг/кг, При этом поддерживают последовательное снижение количества подаваемого в зону сушки теплоносителя (ТН) до 0,6 - 0,7 его первоначальной величины на входе, исходя из соотношения параметров 0 = 9 ОЬ, где 0 --2количество ТН, подаваемого к заданному участку зоны сушки,кг/с;до- удельный начальный расход ТН, кг/м,сЬ - расстояние до заданного участка зоны сушки, м, В процессе сушки на псевдоожиженной слой накладывают колебания с частотой 60-100 Гц и амплитудой 6-8 мм, 1 з.п.ф-лы, 2 ил., 4 табл,Согласно данному способу измельче ный торфсмешивак)т с битумной эмульси используемой в качестве связующего, пос чего смесь сушат воздухом с температур не выше 60 С до влажности 10 - 20 О, не пр вышая температуру нагрева самого тор (10 ОС).Недостатком известного способа явл ется длительностью подготовки исходного м териала для производства брикетов. Нагр битумной эмульсии, сушка смеси торфа эмульсией воздухом, температура которо не превышает 60 С, приводит к больш5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 продолжительности сушки и значительнымэнергозатратам. Увеличение температурытеплоносителя с целью интенсификациисушки представляется нецелесообразным,так как при нагревании торфа, смешанногос битумной эмульсией, не выдерживающейвысоких температур, в этой смеси происходят необратимые изменения, делающие, практически невозможным использование,ее в качестве ростового материала,Известен способ обработки торфа припроизводстве прессованных субстратов(брикетов), включающий измельчение исходного торфа до размеров частиц 1-5 мм ипоследующую его сушку в псевдоожиженном слое.Однако торф, особенно верховой, низкой степени разложения, является волокнистым материалом, Частицы которогообладают повышенной адгезией и слабойаэрируемостью. Измельчение торфа до получения фракции размером 1-5 мм являетсянедостаточным, так как, с одной стороны,крупные частицы обладают меньшей влагоемкостью по сравнению с мелкими, а с другой, ухудшаются гомогенностью слоя. чтоприводит к снижению качества сушки торфаи самой готовой продукции. Проведениепроцесса сушки в псевдоожижженом слоепри температуре 30 - 40 С, т,е. низкотемпературным теплоносителем, требует значительных энергозатрат, так как экспозициясушки превышает 3,4 мин, и характеризуется низкой производительностью сушильнойустановки,Кроме того, данный фрикционный состав торфа (1,0 - 5,0 мм) не обеспечивает достаточно благоприятных водно-воздушныхусловий (соотношение твердой, жидкой, газообразной фаз) для выращивания рассадыцелого ряда сельскохозяйственных и лесных культур (огурцы, сеянцы ели и др,), чтоограничивает возможность применениясубстратов, получаемых из такого торфа,Целью изобретения является интенсификация процесса сушки и повышение качества готового продукта,Указанная цель достигается тем, что согласно способу обработки торфа при производстве прессованных субстратов,включающему сепарацию постороннихвключений, измельчение торфа и его сушкув псевдоожиженном слое, торф измельчаютдо средневзвешенного размера частиц 0,5 -2,5 мм, после чего его обрабатывают импульсным электрическим полем сградиентом нап ряжения 200 - 250 В/см ипродолжительностью следования импульсов2-4 мин, а сушку торфа в псевдоожиженномслое ведут при концентрации торфа в газовзвеси 0,08 - 0,12 кг/кг, при этом поддерживают последовательное снижение количества подаваемого в зону сушки теплоносителя до 0,6 - 0,7 его первоначальной величины на входе, исходя из соотношения параметровО=ооЬ 3где 0 -количество телоносителя, подаваемого к заданному участку зоны сушки, кг/с; о 0 - удельный начальный расход теплоносителя, кг/м с;Ь - расстояние до заданного участка зоны су, м,В процессе сушки на псевдоожиженный слой торфа дополнительно накладывают колебания с частотой 60-100 гЦ и амплитудой 6 - 8 мм. Сопоставительный анализ предлагаемого решения с прототипом показывает, что предлагаемый способ отличается от известного тем, что исходный торф измельчают до средневзвешенного размера частиц 0,5 - 2,5 мм,после чего егообрабатывают импульсным электрическим полем с градиентом напряжения 200 - 250 В/см и периодом следования импульсов 2 - 4 мин,. а сушку торфа в псевдоожиженном слое ведут при концентрации торфа в газовзвеси 0,08 - 0,12 кг/кг, при этом поддерживают последовательное снижение количества подаваемого в зону сушки теплоносителя до О,б - 0,7 его первоначальной величины на входе, исходя-х из соотношения параметров 0 = оЬ ъ Кроме того, предлагаемый спосоЬ отличается тем, что в процессе сушки на псевдоожиженный слой торфа дополнительно накладывают колебания с частотой 60-100 Гц и амплитудой 6-8 мм.В известном способе, предусматривающем измельчение торфа до размеров фракции 1,0 - 5,0 мм, последние в большей своей части сохраняют волокнистую структуру, в результате чего частицы торфа такого диапазона фракций обладают повышенной адгезией и слабой аэрируемостью, С одной стороны, крупные частицы обладают меньшей влагоемкостью по сравнению с мелкими, а с другой, ухудшается гомогенность слоя, что . приводит к длительной экспозиции сушки и неравномерности прогрева материала. В предлагаемом способе измельчения торфа до средневзвешенного размера частиц 0,5 - 2,5 мм дает высокую степень гомогенности псевдоожижвнного слоя, что позволяет обеспечить минимальную продолжительность экспозиции сушки, тем самым обуславливает наиболее благоприятные водно-воздушные условия для роста растений,В табл,1 приведены экспериментальные данные влияния фракционного состава на влагоемкость, степень гомогенизации,соотношение фаз в исходном торфе, а также биометрические показатели выращиваемойна этих субстратах рассады сельскохозяйственных и лесных культур,Иэ табл.1 видно, что основные показатели, наиболее благоприятно влияющие на рост растений (влагоемкость торфа, степень гомогенизации и, особенно соотношениефаз т:ж;г) получены при фракционном составе исходного торфа 0,5 - 2,5 мм. При этомсредняя масса рассады огурцов вГ 28 - дневном возрасте и сеянцев ели в однолетнем 15возрасте значительно отличается от тех жепоказателей, полученных при их выращивании на субстратах с другим фракционнымсоставом,Таким образом, уточнение признака, 20касающегося фракционного состава торфав предлагаемом способе, дает возможностьрасширить диапазон применения субстратов с фракционным составом торфа 0,5 - 2,5мм, распространив их на сеянцы лесных 25культур, имеющих центральную корневуюсистему, а также улучшить биометрическиепоказатели выращиваемой рассады такихсельскохозяйственных культур, как огурцы,томаты и др. 30На фиг.1 представлена технологическаясхема обработки торфа; на фиг.2 - график;показывающий снижение количества теплоносителя по длине зоны сушки,Предлагаемый способ обработки торфа 35при производстве прессованных субстратов осуществляется в следующей последовательности,Поступающий для производства питательного субстрата фрезерный торф низкой 40степени разложения (до 15) подается иэбункера 1 по транспортеру 2 на грохот 3, гдеосуществляется отсев посторонних включений и фракций крупнее 20 мм, в дальнейшемне используемых в технологическом процессе. Пройдя сквозь грохот, фракции до 5мм поступают на транспортер 4 и далееэлеватором 5 подаются в усреднитель 6торфа. Фракции торфа свыше 5 и до 20 ммподвергаются измельчению в дробилке 7 и 50также поступают в усреднитель.Таким образом, исходный торф доводится до средневзвешенного размера частиц 0,5 - 2,5 мм,В усреднителе, представляющем собой 55винтовой конвейер, одним из электродовкоторого является спираль, закрепленнаяна внутренней стенке корпуса, а другим -сам шнек, измельченный торф обрабатывают импульсным электрическим полем.Необходимость последнего обьясняется тем,что обработка в таком поле позволяет разрушить внутрикапиллярные связи и выделить находягцуюся в капиллярах влагу ввиде свободной воды, что будет способствовать более полному удалению влаги из торфа в процессе его сушки,В табл.2 приведены результаты экспериментальной проверки обработки торфаимпульсным электрическим полем для торфа со степенью разложения 15 с постоянной нагрузкой, прикладываемой к образцамторфа после его обработки, Р = 0,5 кг/см.Из табл.2 видно, что с повышением граЛВдиента напряжения () уменьшаетсякапиллярное давление рк) что объясняетсянарушением капиллярных связей и переходом внутрикапиллярной жидкости в свободную форму.Однако при большой продолжительностиимпульсной обработки торфа, во-первых,значительно увеличиваются энергозатраты,во-вторых, помимо увеличения прямых энергозатрат происходит образование слоя сухого торфа в зоне положительного электрода(спираль на внутренней стенке корпуса) и,как следствие, его нагрев, что также ведет кувеличению энергозатрат.Из табл.2 видно, что при градиенте напряжения 100 - 150 В/см и любой продолжительности импульсного воздействия капиллярноедавление остается на достаточно высокомуровне,что говорит сравнительно ограниченном переходе внутрикапиллярной жидкостив свободную форму,При градиенте напряжения 200 - 250Б/с и продолжительности импульсного воздействия 2 - 4 мин капиллярное давление составляет от 0,16 до 0,24 кг/см, что являетсяоптимальной вечичиной с точки зренияэнергоемкости процесса, При градиенте напряжения свыше 200 В/с и импульсном воздействии на торф более 4 мин наблюдаетсяповышение показателя капиллярного давления вследствие образования слоя сухого1 орфа в зоне положительного электрода, врезультате чего наблюдается некотороеснижение проводимости, а также повышение и ря мы Х энергозатрат.Приемлемые показатели капиллярногодавления при градиенте напряжения 200250 В/см и продолжительности импульсного воздействия 5-46 мин (0,18 - 0,24 кг/см)связаны с дополнительными энергоэатратами.Еще больших энергозатрат требует обработка торфа с градиентом напряжения300 В/см, при которой в диапазоне импульсного воздействия 2 - 4 мин получаются да 170172840 45 50 55же несколько худшие результаты по сравнению с обработкой торфа градиентом напряжения 200-250 В/с,После электроимпульсной обработки торфа в усреднителе он поступает на накопитель 8, а затем в сушилку 9 с направленным псевдоожиженным слоем, где производят его досушку до 25 влажности,Сушку торфа в псевдоожиженном слое ведут при концентрации торфа в газовзвеси ,0,08 - 0,12 кг/кг, которая является оптимальной (см, табл. 3) для верховых слаборазложившихся торфов, используемых для производства торфяных питательных субстратов, При установлении указанных значений концентрации торфа в газовзвеси сушку проводили при максимальных параметрах: температуре на входе Тх 155 С и скорости теплоносителя Чт = 1,4 м/с,При концентрации торфа в газовзвеси ниже 0,08 кг/кг при всех преимуществен.ных показателях наблюдается резкое снижение производительности, При концентрации свыше 0,123 кг/кг увеличивается продолжительность сушки, а вследствие снижения скорости перемещения направленного потока и производительность, Кроме того, в значительной степени повышается неравномерность высушенного торфа по влажности, достигая 79,8 , Сушку торфа в псевдоожиженном слое производят теплоносителем с начальной температурой на входе 100 - 155 С и скоростью 1,0 - 1,4 мф/с, , последовательно снижая его количество до 0,6 - 0,7 первоначальной величины, На фиг,2 графически показана закономерность сни, жения количества подаваемого теплоносителя О по длине зоны сушки Ь. Поскольку верховой слаборазложившийся торф явля.ется термочувствительным материалом, то для сохранения его исходных физических свойств (влагоемкость, способность к набуханию) необходимо ограничивать температуру теплоносителя и его количество таким образом, чтобы при минимальной экспозиции сушки нагрев частиц торфа не превышал 55 С - температуры начала деструкции материала. Для того чтобы избежать нежелательного перегрева сушимого торфа, предлагается последовательно снижать количество подаваемого теплоносителя, но с учетом ведения сушки с.максимальной интенсивностью.На фиг,2 приведены полученные результаты экспериментальной проверки зависимости снижения количества теплоносителя О по длине зоны сушки Ь, Кривые ас и ад характеризуют максимальные параметры подачи теплоносителя на входе в зону сушки (1,4 кг/с) и количество теплоносителя, фиксируемое 5 10 5 20 25 30 35 на выходе из зоны сушки: соответственно Одх = 0,7 Овых (точка с) и Овх = 0 6 Овых (точка б),Кривые аси а 6 аналогичны для количества теплоносителя 1,0 кг/с, подаваемого на входв зону сушки, Эксперименты показали, что замедление процесса снижения количества теплоносителя при его максимальной подаче на входе 1,4 кг/с (зона В) приводит к перегреву и деструкции сушимого торфа и потере им свойств(влагоемкость, способность к набуханию), обуславливающих применение его в качестве ростовой среды,При резком снижении количества теплоносителя (зона С) происходит увеличение продолжительноти сушки, характеризующееся неравномерностью высушиваемого материала и, как следствие, снижением качества готового продукта.В зоне А, ограниченной кривыми ас (сверху) и а о(снизу) в диапазоне теплоносителя 1,4 - 1,0 кг/с на входе в зону сушки и последующего его снижения до 0,6-0,7 первоначальной величины процесс сушки протекает в оптимальном режиме.Результаты обработки полученных данных показали, что все кривые измерения подачи теплоносителя О = 1(Ь) относятся к кривым гиперболического типа, описываемым формулой у =х, которая применительно к нашим параметрам может быть выражена в виде зависимости параметровО=оЬгде О - количество теплоносителя, подаваемого к заданному участку зоны сушки, кг/с;ц - удельный начальный расход теплоносителя кг/м с;Ь - расстояние до заданного участка зоны сушки, м,В процессе сушки торфа на псевдоожиженный слой дополнительно накладывают механические колебания с частотой 60 - 100 Гц и амплитудой 6 - 8 мм,Эксперименть, проводились с тем же верховым торфом с низкой степенью разложения (до 15 ), добытым фрезерным способом, и влажностью И = 55 . Величина удельной загрузки газораспределительной виброрешетки торфом в количестве 4,0 кг по сухому веществу на 1 м поверхности на протяжении всех экспериментов поддерживалась постоянной, Частота колебаний менялась в пределах 40-110 Гц, а амплитуда решетки в диапазонах 3 - 5, 6-8 и 9-12 мм.В результате экспериментов оценивали показатели остатка торфа на газораспределительной решетке и степень гомогенизации и перемешивания псевдоожиженногослоя, Результаты представлены в табл,4.Минимальный остаток торфа на газораспределительной виброрешетке наблюдается при частоте колебаний 60-100 Гц и 5амплитуде колебаний 6-8 мм, Для данныхпараметров характерна лучшая степень гомогенизации (равномерности) фонтанирующего слоя, обеспечивающая интенсивностьперемешивания сушимого торфа. 10На всех проверенных частотах колебаний при амплитуде 3 - 5 мм отмечается повышенное количество остающегося нарешетке торфа.При амплитуде колебаний 9-12 мм в 15зоне сушки вследствие значительныхинерционных сил возникают противотокигазовзвеси, нарушающие направленное перемещение слоя торфа, вследствие чегочасть торфа остается на решетке, не успевая 20сойти с нее.Кроме того, при таких амплитудах и особенно больших частотах колебаний отмечаются значительные вибрационныевоздействия на элементы сушилки, что делает возможным их механическое повреждение,Высушенный таким способом торф поступает на дальнейшую переработку, где онперемешивается с минеральными добавками 30и прессуется в удобные для употребленияформы в виде брикетов, плит, прессованныхсубстратов и т,л. для выращивания рассадыразличного вида растений,Использование предлагаемого способа 35обработки торфа при производстве прессованных субстратов обеспечивает по сравнению с существующими способами следующиепреимущества,Измельчение торфа до средневзвешенного размера частиц 0,5-2,5 мм позволяетполучить высокую гомогенность (однородность) псевдоожиженного слоя и тем самымобеспечить минимальную продолжитель-.ность сушки при условии сохранения 45торфом наиболее благоприятных водно-воздушных свойств как ростовой среды,Кроме того, акой фракционный составторфа в прессованных субстратах позволяет расширить область их применения, использовав для выращивания сеянцевлесных кульутр с выраженной центральнойкорневой системой, что в конечном счетеповышает качество и конкурентноспособность готового продукта. 55Предварительная обработка измельченного торфа импульсным электрическим полем с градиентов направления 200-250 В/сми продолжительностью следования импульсов 2 - 4 мин позволяет разрушить внутренние капиллярные связи и выделить содержащуюся в них жидкость в виде свободной воды, что делает более эффективной последующую сушку торфа в псевдоожиженном слое,Концентрация торфа в газовзвеси 0,08- 0,12 кг/кг позволяет создать равномерный устойчивый фонтанирующий в зоне сушки слой торфа, что ведет к сокращению продолжительности процесса сушки и повышению ее качества,Последоватеьное снижение количества подаваемого в зону сушки теплоносителя до 0,6-0,7 его первоначальной величины на входе, исходя из соотношения параметровгО =- ооЬ ", позволяет при получении максимальной скорости направленного потока сохранить в торфе водно-физические свойства, необходимые для дальнейшего использования торфа в качестве ростовой среды, что и позволяет получить готовый продукт повышенного качества,Наложение на псевдоожиженный слой колебаний с частотой 60 - 100 Гц и амплитудой 6 - 8 мм позволяет в значительной степени улучшить перемешивание торфа и интенсифицировать его сушку.Кроме того, последнее позволяет избежать прикипания торфа на газораспределительной решетке и сократить потери торфа, обусловленные его пережогом и деструкцией,Таким образом происходят интенсификация процесса сушки и повышение качества готового продукта,Формула изобретения 1, Способ обработки торфа при производстве прессованных субстратов, включающий сепаоацию посторонних включений. измельчение торфа и его сушку з псевдоожиженном слое, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью интенсификации процесса сушки и повышения качества готового продукта, торф измельчают до средневзвешенного размера частиц 0,5 - 2,5 мм, после чего его обрабатывают импульсным электрическим полем с градиентом напряжения 200 - 250 В/см и продолжительностью следования импульсов 2-4 мин, а сушку торфа в псевдоожиженном слое ведут при концентрации тс рфа в газовзвеси 0,08 - 0,12 кг/кг, при этом поддерживают последовательное снижение количества подаваемого в зону сушки теплоносителя до О,б - 0,7 его первоначальной величины на входе, исходя из соотношения параметровО=ЦоЬЗ1701728 12 где 0 - количество теплоносителя, подаваемого к заданному участку зоны сушки, кг/с;Ро - УДЕЛЬНЫЙ НаЧаЛЬНЬ 1 й РаСХОД ТЕПЛО- носителя, кгlм с;Ь - расстояние до заданного участка зоны сушки, м. 2. Способ поп 1, от лича ющийсятем. что в процессе сушки на псевдоожиженный слой торфа дополнительно накла.дывают колебания с частотой 60-100 Гц и 5 амплитудой 6 - 8 мм,Таблица Диаметр частиц, мм Показатели т0,25-0)5 1 0,5-1,0 1 1,0-1,515-2,52,5"5,05,0-707,0-10,0М Влагоемкость торфа,кгlкг 13-156:50:4494,8 15-11 1,1-1, О6:49:4595,0 Степень гомогенизацииСоотношение фаз т:ж:гПористость, Ф Средняя масса сухогорастения, грассада огурцов в28-дневном возрасте 0,65 о,80 о,85 065 о,бо о,7 о сеянец ели в однолетнем возрасте о,47 о,4 о о,36 043 о,5 о О,З 1 о,зо Таблица 2 Та Таблица 1 7-1 о0,8-0,9.8:65:2791,5 11-131,0-1,16:57:3793,5 11-80,9-0,85:40:5595,8 8,0-7,50,8-о,74;36;6096,0 7,5-6,507-054:30:669621701728 0 СоставительРедактор Т,Лаэоренко Техред М.Моргента Корректор С,Ч роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 1 аз 4512 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5